聚芳硫醚纳米纤维

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1、聚芳硫醚纳米纤维*四川大学学生创新基金资助课题；*属863资助项目(项目编号2001AA334020-1)之一部分黄恒梅1，王孝军1，赵小川1，王波1，张刚2，杨杰1,2（1.四川大学高分子科学与工程学院，四川成都610065；2.四川大学材料科学技术研究所，四川成都610064）摘要：综述了纳米纤维在各领域，特别是在过滤领域中的应用，展望了聚芳硫醚纳米纤维的应用前景；通过控制纺丝工艺制备了具有不同直径大小和不同取向度的聚芳硫醚纳米纤维无纺布。关键词：静电纺丝；纳米纤维；聚芳硫醚；过滤材料Poly(ar

2、ylenesulfide)Nano-meterFiberHUANGHeng-mei1,WANGXiao-jun1,ZHAOXiao-chuan1,WANGBo1,ZHANGGang2,YANGJie1,2(1.CollegeofPolymerSci.andEng.,SichuanUniversity,Chengdu610065,China;2.InstituteofMaterialsSci.&Tech.,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)Abstract:The

3、applicationofnano-meterfibersasfiltrationmaterialsisreviewed.Poly(arylenesulfide)nano-meterfiberswithdifferentdiameterandorientationdegreecouldbepreparedbycontrollingthetechnologyofspinning.Keywords:Electrospinning;Nano-meterFiber;Poly(arylenesulfide);Fi

4、ltrationMaterials纳米纤维是指纤维直径在1～1000nm范围内的纤维。通过控制制备工艺可使单根纳米纤维及其织物具有特定的结构，这些结构特征赋予其许多性能，使得纳米纤维及其织物可以用作过滤材料、生物医学工程材料等[1]。纳米纤维的制备方法有拉伸、模板聚合、分子自组装、催化挤出、海岛法、电化学合成法、静电纺丝法（electrospinning）等，静电纺丝技术是目前制备聚合物纳米纤维最重要的方法。静电纺丝技术是当前的一个研究热点，有大量的研究者进行与应用相关的研究，当前已有超过60种以上聚合

5、物被采用静电纺丝法制成了纳米纤维，而静电纺丝机理的研究则主要集中在Hohman[2]和Reneker[3]分别所在的研究小组，且目前在纺丝体系的理论和应用研究中，几乎采用的都是由低沸点溶剂配制的溶液，如聚乙二醇/水，聚乙二醇/乙醇，聚苯乙烯/四氰呋喃，乙烯－乙烯醇共聚物/异丙醇/水等体系，对高沸点体系则鲜有报道。1纳米纤维的应用及本研究用材：聚芳硫醚树脂介绍1.1纳米纤维在过滤领域的应用用作过滤的多孔材料，一般有三种结构：纤维状、多孔状（多孔膜）、颗粒状。其中纤维状材料应用得最多，包括天然纤维、合成纤维

6、、金属纤维和陶瓷纤维。本文所述的静电纺丝纳米纤维属于合成纤维的一种，它与非纳米级合成纤维过滤材料相比，在相同的压力降下其过滤效率明显高得多和具有寿命长和污染物容量大的特点。造成这一现象的原因可从过滤机理上分析，过滤材料对混合物的过滤作用主要有筛分、吸附、溶解－扩散三种机理，纤维状过滤材料来说就是通过筛分和吸附来过滤混合物。图1纤维布上的孔大小相同而纤维直径不同的纤维材料筛分粒子的示意图图1中三种材料是面积相同、纤维布上的孔大小相同而纤维直径不同的纤维材料筛分粒子的示意图，从图可以看出，随着纤维直径的下降

7、，过滤材料的过滤效率提高，即纤维变小后相同的面积内孔数增加了，因此提高了过滤效率等[1]。Kristine[4]对纳米纤维在相同的压力降下其过滤效率明显高得多的现象分析认为由两种因素产生。首先，纤维直径的减小是会引起压力降的增加的，但是纤维直径减小后过滤材料的拦截和惯性压紧效率提高的速率大大高于压力降增加的速率。其次，当纤维直径小于一定的尺寸后，就必须考虑被过滤的物质在纤维表面的滑移作用，当纤维的直径小于500nm时，就会产生滑移运动，滑移运动时物质在纤维的表面速度大于0，如图2所示。a-无滑移b-有滑

8、移图2纤维表面的速度分布上面从筛分过程分析了纳米纤维过滤材料的过滤特点，对于吸附过程，纳米纤维同样体现出其优越之处。首先，纤维的比表面积随着半径的减少而增加，表面积的增加则有利于吸附。其次，当一种物质带上静电后有更强的对微小颗粒的吸附能力，传统的过滤材料当然也可以使之带上静电，而纳米纤维在制备过程中就可以让它残留静电，在工艺上可以一步实现。Tsai等[5]用电晕放电、摩擦起电和静电纺丝三种方法使不同聚合物纤维或纤维织物过滤材料带电，过滤实现